Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой
Показана перспективність використання когенераційних технологій для підвищення
 рентабельності вугільних підприємств. Розглянуто схему з розміщенням турбіни з противотиском і гідропарової турбіни на одному валу з газопоршневою установкою. Використання даної схеми для утилізації надлишкового...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54161 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой / И.Л. Дякун, И.Ю. Козарь // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 88-93. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860068255385780224 |
|---|---|
| author | Дякун, И.Л. Козарь, И.Ю. |
| author_facet | Дякун, И.Л. Козарь, И.Ю. |
| citation_txt | Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой / И.Л. Дякун, И.Ю. Козарь // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 88-93. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Показана перспективність використання когенераційних технологій для підвищення
рентабельності вугільних підприємств. Розглянуто схему з розміщенням турбіни з противотиском і гідропарової турбіни на одному валу з газопоршневою установкою. Використання даної схеми для утилізації надлишкового тепла шахтних енергокомплексів дозволить отримати коефіцієнт корисної дії 64 % та зменшити витрати палива.
In this paper the perspective use of cogeneration technology enhance the profitability of coal
enterprises was discussed. The scheme with setting back-pressures and steam-water turbines on one shaft of gas engine was considered. Using this scheme for utilization of surplus heat mine energy complexes will provide efficiency of 64% and reduce fuel.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:09:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск № 103 88
УДК 621.165:697.34:620.92
И.Л. Дякун, мл.науч.сотр.,
И.Ю. Козарь, асп.
(ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины)
СХЕМА КОГЕНЕРАЦИИ С РАЗМЕЩЕНИЕМ
ПРОТИВОДАВЛЕНЧЕСКОЙ И ГИДРОПАРОВОЙ ТУРБИН
НА ОБЩЕМ ВАЛУ С ГАЗОПОРШНЕВОЙ УСТАНОВКОЙ
Показана перспективність використання когенераційних технологій для підвищення
рентабельності вугільних підприємств. Розглянуто схему з розміщенням турбіни з проти-
вотиском і гідропарової турбіни на одному валу з газопоршневою установкою. Викорис-
тання даної схеми для утилізації надлишкового тепла шахтних енергокомплексів дозво-
лить отримати коефіцієнт корисної дії 64 % та зменшити витрати палива.
THE COGENERATION SCHEME WITH SETTING BACK-
PRESSURES
AND STEAM-WATER TURBINES ON ONE SHAFT OF GAS ENGINE
In this paper the perspective use of cogeneration technology enhance the profitability of coal
enterprises was discussed. The scheme with setting back-pressures and steam-water turbines on
one shaft of gas engine was considered. Using this scheme for utilization of surplus heat mine
energy complexes will provide efficiency of 64% and reduce fuel.
Самообеспечение угольных шахт тепловой и электрической энергий на
базе местных дешевых теплоносителей, высокозольных углей и шахтного ме-
тана, является актуальной проблемой, решение которой позволит существен-
но повысить рентабельность угледобывающих предприятий [1].
Наиболее прогрессивным решением данной проблемы является примене-
ние когенерационных технологий, когда энергоблок, входящий в состав шах-
ты, одновременно вырабатывает, как тепловую, так и электрическую энергию
за счет последовательного использования термодинамического потенциала
рабочего тела. К основным вариантам использования когенерационных тех-
нологий относятся шахтные энергокомплексы, реализующие когенерацион-
ные технологии на базе паровых турбин или на базе газовых двигателей [1 -
3]. Так, например, создание шахтного когенерационного энергокомплекса на
базе газопоршневой когенерации позволить обеспечить КПД по выработке
тепловой и электрической энергий до 80-90 % против 33 % в базовых энерго-
блоках. При этом себестоимость вырабатываемых тепловой и электрической
энергий в 2-3 раза ниже действующих тарифов.
Ранее в работе [4] была представлена комбинированная система когене-
рации с использованием тепла энергетического модуля. В данной когенера-
ционной системе повышение КПД использования тепла достигается за счет
уменьшения потерь тепловой энергии в котле по сравнению с теплообменни-
ком перегрева рабочего тела и дополнительным энергетическим модулем. В
работе [5] была исследована принципиальная схема силовой установки, со-
стоящей из газопоршневой установки (ГПУ), на валу которой установлена ре-
активная гидропаровая турбина (ГПТ). Установка гидропаровой турбины,
"Геотехническая механика" 89
реализующей тепловую энергию горячей воды системы охлаждения ГПУ, в
кинематическую цепь силовой установки обеспечивает непосредственную
передачу механической энергии турбины в крутящий момент на валу двига-
теля. Следовательно, при постоянной мощности электрического генератора за
счет механической энергии турбины обеспечивается снижение потребления
газа из сети и наоборот, при постоянном расходе газа обеспечивается увели-
чение электрической мощности, отдаваемой в сеть генератором, т. е. увели-
чивается КПД установки.
Целью данной работы является усовершенствование рассмотренных ранее
вариантов утилизации избыточного тепла энергетических модулей шахтных
энергокомплексов. В предлагаемом схемном решении используется избыточ-
ное тепло, как от газопоршневой установки, так и от противодавленческой
турбины. Достоинством данного схемного решения является также то, что та-
кие основные энергетические модули как гидропаровая турбина, газопоршне-
вая установка и противодавленческая турбина располагаются на едином валу
с одним электрическим генератором (рис. 1).
Рис. 1 – Тепловая схема шахтного энергокомплекса с паротурбинной когенерацией на
базе ГПУ и ГПТ
Выпуск № 103 90
Рассмотрим более подробно работу данной схемы. Пар от котла 1 по-
ступает на вход паровой турбины с противодавлением 4, с выхода которой
подается часть на тепловую нагрузку 5, част на регенеративный подогрев
воды 7 и часть на теплообменник 6, в случае отсутствия тепловой нагрузки
5 (лето) пар подается только на регенеративный подогрев воды 7 и на теп-
лообменник 6, а затем посредством насоса 8 – на вход парового котла 1.
Избыточное тепло из системы охлаждения ГПУ 3 сбрасывается на тепло-
обменник 6, где подогревается паром из турбины с противодавлением 4 до
температуры 150
0
С и подается насосом 9 на гидропаровую турбину 2, с
выхода которой подается на конденсатор-испаритель 11, после чего по-
средством насоса 10 поступает на вход газопоршневой установки 3. Числа-
ми в кружках пронумерованы узловые точки, в которых производился рас-
чет параметров состояния рабочей среды и ее расхода.
Для паровых турбин внутренняя мощность определяется как
ад
ТTTiT iimiimN 2121 , Вт,
где Tm - расход пара через турбину, кг/с; 1i , 2i - энтальпия пара на входе и
выходе из турбины, Дж/кг; 2i - энтальпия пара в конце адиабатического (изо-
энтропного) расширения пара до конечного давления р2, Дж/кг;
ад
Т - адиа-
батный (изоэнтропный) КПД турбины. Расчет внутренней мощности гидро-
паровых турбин выполняется по методике, представленной в работе [6].
Теплообменные аппараты, в которых греющей средой является перегре-
тый пар, а нагреваемой вода, описываются уравнением теплового баланса
wwwwтаггг ttcmiim ,
где гm - расход греющего пара, кг/с; гi , гi - энтальпия пара на входе и выходе
из аппарата, Дж/кг; wm - расход нагреваемой воды, кг/с; wc - удельная тепло-
емкость воды; wt , wt - начальная и конечная температура воды,
0
С; та -
КПД теплообменного аппарата.
Во всех случаях принимается, что греющая среда на выходе из теплооб-
менных аппаратов представляет собой конденсат с температурой, равной
температуре насыщения при давлении греющего пара в аппарате. Система ре-
генеративного подогрева питательной воды включает в себя деаэраторы, а
сами деаэраторы являются узлами смешения потоков воды и пара. Уравнение
теплового баланса этих аппаратов может быть записано в виде
0 jjдагг imim ,
где гm , гi - расход и энтальпия греющего пара, кг/с и Дж/кг соответственно;
"Геотехническая механика" 91
да - КПД деаэратора, учитывающий потери тепла в окружающую среду; jm ,
ji - расход и энтальпия потоков жидкости и пара, поступающих или уходя-
щих из деаэратора по j-тым ветвям, кг/с и Дж/кг соответственно.
Расчет теплового режима заключался в определении распределения расхо-
дов воды и пара в ветвях схемы и на его основе – других показателей [7]. Рас-
ходы находились в результате совместного решения системы уравнений ма-
териального и энергетического баланса элементов энергокомплекса и узлов
смешения и разделения потоков.
В качестве исходных расчетных данных предлагается следующее тепло-
техническое оборудование. Паровой котел Е-10-2,4-380 Ф с топкой форсиро-
ванного кипящего слоя Бийского котельного завода со следующими парамет-
рами свежего пара: паропроизводительность 25 т/ч; давление 2,35 МПа; тем-
пература – 380
0
С. Температура питательной воды перед котлом равна 105
0
С.
Противодавленческая турбина Р-1,4-25,3/0,7 Калужского турбинного завода с
параметрами пара: расход 25 т/ч; давление (2,2-2,4) МПа; температура 380
0
С;
давление за турбиной 0,7 МПа; температура за турбиной 260
0
С; номинальная
мощность 1430 кВт. Газопоршневая установка на основе дизелей JMS 620
фирмы «Jenbacher», электрической мощности 3035 кВт, тепловой мощности
3050 кВт, с температурным графиком 110
0
С / 70
0
С и расходом охлаждающей
жидкости 18 кг/с. Химическая энергия топлива, сгораемого в ГПУ, равна 7076
кВт. Гидропаровая турбина с параметрами горячей воды: расход 18 кг/с и
температурный графиком 150
0
С / 70
0
С.
Температура на выходе из теплообменника после тепловой нагрузки была
принятой равной 75
0
С. Температура на входе в конденсатор принималась
равной 70
0
С. Температура питательной воды на входе в котел подогревается
водой после теплообменника и паром, отобранным после противодавленче-
ской турбины, до 150
0
С. Величина теплового потребления рассчитывалась
исходя из условий подогрева воды системы охлаждения ГПУ от 110
0
С до 150
0
С и подогрева питательной воды до 150
0
С.
Расхода топлива на котел определяется по следующему уравнению [8]
с
нк
кк
Q
Qm
B
, кг/с,
где
кm – секундная производительность котла, кг/с;
кQ – количество тепла,
полученное в котле питательной водой при ее превращении в пар, Дж/кг;
к –
коэффициент полезного действия котла; с
нQ – низшая теплота сгорания топ-
лива, Дж/кг (Дж/м
3
). В расчетах использовалась низшая теплота сгорания ус-
ловного топлива равная 29308с
нQ кДж/кг.
Для котлов, в которых производится перегретый пар, величина
кQ выра-
жается в виде
Выпуск № 103 92
впвпппк ii
П
iiQ ...
100
)( , Дж/кг,
где
ппi .
,
впi .
, i – соответственно энтальпии перегретого пара, питательной во-
ды и котловой воды (принимаемая равной энтальпии воды при температуре
кипения), Дж/кг; П – доля непрерывной продувки, % (составляет 2–5 % от
кm
).
Коэффициент полезного действия рассматриваемой схемы определится
так
кхимГПУхим
ТНГПТПТГПУ
РР
РРРР
,
где
ГПУР ,
ПТР ,
ГПТР ,
ТНР – соответственно мощность газопоршневой уста-
новки, турбины с противодавлением, гидропаровой турбины, тепловой на-
грузки, Вт;
ГПУхимP – химическая энергия топлива, сгораемого в ГПУ, Вт;
с
нкхим QВP – химическая энергия топлива, сгораемого в котле, Вт.
В табл. 1 показаны результаты расчетов параметров состояния рабочей
среды и ее расходов по узловым точкам рассматриваемой схемы.
Таблица 1 – Параметры состояния рабочей среды и расходы по узловым точкам
№
точки
Расход горячей
воды (пара) m,
кг/с
Давление p,
МПа
Температура t,
0
С
Энтальпия i,
кДж/кг
Энтропия s,
кДж/кгК
1 6,94 2,35 380,00 3197,82 6,98
2 6,94 0,70 260,00 2975,35 7,15
3 1,52 0,70 260,00 2975,35 7,15
4 1,52 0,70 164,95 697,14 1,99
5 18,06 0,70 110,00 461,77 1,42
6 18,06 0,70 155,00 653,97 1,89
7 18,06 0,03 70,00 629,17 1,94
8 18,06 0,03 70,00 293,02 0,95
9 18,06 0,70 70,03 293,69 0,95
10 4,81 0,70 260,00 2975,35 7,15
11 4,81 0,70 75,00 314,51 1,02
12 0,61 0,70 260,00 2975,35 7,15
13 6,94 0,70 149,82 631,5 1,84
14 6,94 2,35 150,00 633,41 1,84
"Геотехническая механика" 93
Расчеты расхода топлива на котел и коэффициента полезного действия
рассматриваемой схемы проводились для двух вариантов:
– температура питательной воды перед котлом равна 105
0
С;
– температура питательной воды перед котлом равна 150
0
С.
Выполненный анализ показывает, что рассмотренная схема для утилиза-
ции горячей воды энергетических модулей шахтных энергокомплексов по-
зволяет достигнуть КПД 0,6. Кроме того, в результате расчетов было уста-
новлено, что подогрев питательной воды перед котлом от 105
0
С до 150
0
С,
позволяет сократить расход условного топлива на котел приблизительно на
200 кг/ч, и тем самым увеличить КПД схемы от 0,6 до 0,64. Снижение себе-
стоимости вырабатываемых тепла и электроэнергии как за счет снижения ка-
питальных затрат, так и уменьшения топливной составляющей является при-
чиной оптимизации экономических и экологических показателей энергоком-
плекса. Из вышесказанного следует вывод об эффективности использования
данной схемы для утилизации избыточного тепла шахтных энергокомплексов
и необходимости ее дальнейшего технико-экономического анализа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булат, А. Ф. Создание экологически чистых и высокоэффективных энергокомплексов на базе нерен-
табельных угольных шахт / А.Ф. Булат, В.Г. Перепелица, И.Ф. Чемерис // Доповіді Національної академії на-
ук України, 2001, №1. - С. 111-117.
2. Булат, А.Ф. Когенерационные энергокомплексы для утилизации метана на угольных шахтах / А.Ф.
Булат, И.Ф. Чемерис //Компрессорное и энергетическое машиностроение: Сб. науч. тр. / Международ. ин-т
компрессорного и энергетического машиностроения. - Сумы, 2009, № 1(15). - С. 6 – 8.
3. Булат, А.Ф. Повышение эффективности энергокомплекса по утилизации угольного метана на шахте
им. А.Ф. Засядько / А.Ф. Булат, И.Ф. Чемерис, И.А. Ефремов / Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук.
праць.- Днепропетровск, 2010. - Вып. 87. - С. 3-9.
4. Пат. 43631 Украина, (51)МПК(2009) F01К 23/00. Когенераційна система з використанням тепла енер-
гетичних об’єктів / Булат А.Ф., Чемерис І.Ф., Оксень Ю.І., Радюк М.В. -№ u200902758; Заявл. 25.03.09;
Опубл. 25.08.09, Бюл. № 16. – 4 с.
5. Булат, А.Ф. Энергетическая эффективность газопоршневой установки с гидропаровой турбиной /
А.Ф. Булат, И.Ф.Чемерис, И.А.Ефремов, И.Ю. Комлева // Компрессорное и энергетическое машинострое-
ние: Сб. науч. тр. / Международ. ин-т компрессорного и энергетического машиностроения. - Сумы, 2011, №
1(23). - С. 20 – 23.
6. Булат, А.Ф., Усовершенствованная гидропаровая турбина для утилизации избыточного тепла шахт-
ных энергетических объектов / А.Ф. Булат, И.Ф. Чемерис, И.Ю.Комлева // Компрессорное и энергетическое
машиностроение. – Сумы, 2010, №2(20). – С. 25-28.
7. Рыжкин, В.Я. Тепловые электирические станции / В.Я. Рыжкин. – М.: Энергия, 1976. – 447 с.
8. Щукин, А.А. Теплотехніка (курс общей теплотехники) / А.А. Щукин, И.Н. Сушкин, Р.Г. За и [др.]. –
М.: Металлургия, 1973. – 480 с.
Выпуск № 103 94
УДК 621.928.235:534-752.001.57
М.А. Ищук мл.науч.сотр.
(ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины)
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОДНОМАССНОЙ СИСТЕМЫ С
УПРУГИМИ ОГРАНИЧИТЕЛЯМИ НА ХАРАКТЕР ЕЕ КОЛЕБАНИЙ
У статті розглянуто одномасну систему з пружними обмежувачами. Побудовано обла-
сті існування різних режимів коливань системи, а також визначено вплив параметрів сис-
теми на межі цих областей.
INFLUENCE OF ONE-MASS SYSTEM PARAMETERS WITH
ELASTIC CONSTRAINTS ON MODES OF ITS OSCILLATIONS
A one-mass system with elastic constraints is studied. Areas of existing of different oscilla-
tion modes are built. Also an influence of system parameters on limits of these areas is deter-
mined.
Для переработки минерального сырья и отходов углеперерабатывающей
промышленности широкое применение находят вибрационные грохоты. Од-
нако, при работе с тонкими классами крупности могут возникать сложности,
связанные с забиванием ячеек ситовой поверхности. В связи с этим, разраба-
тываются вибрационные поличастотные грохоты, которые позволяют эффек-
тивно осуществлять переработку минерального сырья такой крупности [1].
Основной задачей при проектировании вибрационного поличастотного
грохота является выбор его параметров, при которых процесс разделения и
обезвоживания тонких фракций минерального сырья будет происходить наи-
более эффективно. Для осуществления этой задачи используется метод мате-
матического моделирования. Система, моделирующая вибрационный грохот,
является существенно нелинейной вследствие наличия односторонних связей.
Кроме того, система содержит большое количество параметров, что приводит
к затруднению исследования модели поличастотного грохота. Поэтому целе-
сообразно использовать иерархию упрощенных моделей, которая заключает-
ся в том, что вначале исследуется базовая модель, а затем результаты ее ис-
следования переносятся на более сложные системы. В данном случае такой
базовой моделью будет одномассная система с упругими ограничителями,
приведенная на рис. 1.
Рис. 1 - Одномассная система с упругими ограничителями
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54161 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:09:25Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дякун, И.Л. Козарь, И.Ю. 2014-01-30T14:58:56Z 2014-01-30T14:58:56Z 2012 Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой / И.Л. Дякун, И.Ю. Козарь // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 88-93. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54161 621.165:697.34:620.92 Показана перспективність використання когенераційних технологій для підвищення
 рентабельності вугільних підприємств. Розглянуто схему з розміщенням турбіни з противотиском і гідропарової турбіни на одному валу з газопоршневою установкою. Використання даної схеми для утилізації надлишкового тепла шахтних енергокомплексів дозволить отримати коефіцієнт корисної дії 64 % та зменшити витрати палива. In this paper the perspective use of cogeneration technology enhance the profitability of coal
 enterprises was discussed. The scheme with setting back-pressures and steam-water turbines on one shaft of gas engine was considered. Using this scheme for utilization of surplus heat mine energy complexes will provide efficiency of 64% and reduce fuel. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой The cogeneration scheme with setting backpressures and steam-water turbines on one shaft of gas engine Article published earlier |
| spellingShingle | Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой Дякун, И.Л. Козарь, И.Ю. |
| title | Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой |
| title_alt | The cogeneration scheme with setting backpressures and steam-water turbines on one shaft of gas engine |
| title_full | Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой |
| title_fullStr | Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой |
| title_full_unstemmed | Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой |
| title_short | Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой |
| title_sort | схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин на общем валу с газопоршневой установкой |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54161 |
| work_keys_str_mv | AT dâkunil shemakogeneraciisrazmeŝeniemprotivodavlenčeskoiigidroparovoiturbinnaobŝemvalusgazoporšnevoiustanovkoi AT kozarʹiû shemakogeneraciisrazmeŝeniemprotivodavlenčeskoiigidroparovoiturbinnaobŝemvalusgazoporšnevoiustanovkoi AT dâkunil thecogenerationschemewithsettingbackpressuresandsteamwaterturbinesononeshaftofgasengine AT kozarʹiû thecogenerationschemewithsettingbackpressuresandsteamwaterturbinesononeshaftofgasengine |